The elektromehanički pretvarač je uređaj koji se koristi za pretvaranje ili električnog signala u zvučne valove ili zvučnog vala u električni signal. Ovi pretvornici su svestraniji i sadrže magnetostrikcijske i piezoelektrične uređaje. Trenutačno za primjene ultrazvuka snage postoje dva osnovna dizajna pretvarača koji se koriste magnetostrikcijski i piezoelektrični. A piezoelektrični pretvarač koristi svojstvo piezoelektričnog materijala za pretvaranje energije iz električne u mehaničku. Magnetostrikcijski pretvornik koristi svojstvo magnetostriktivnog materijala za pretvaranje energije u mehaničku energiju unutar magnetskog polja. Ovdje je magnetsko polje osigurano kroz zavojnicu žice koja je prekrivena magnetostrikcijskim materijalom. Dakle, ovaj članak govori o pregledu a magnetostrikcijski pretvarač – rad i njegove primjene.
Što je magnetostrikcijski pretvarač?
Uređaj koji se koristi za promjenu energije iz mehaničke u magnetsku energiju poznat je kao magnetostrikcijski pretvarač. The princip rada magnetostrikcijskog pretvarača koristi vrstu magnetskog materijala gdje će primijenjeno oscilirajuće magnetsko polje stisnuti atomi materijala, stvara periodičnu promjenu unutar duljine materijala i proizvodi mehaničku vibraciju visoke frekvencije. Ove vrste sondi uglavnom se koriste u nižim frekvencijskim rasponima i vrlo su česte u ultrazvučnoj obradi i primjenama ultrazvučnih čistača.
Shematski dijagram magnetostrikcijskog pretvarača
Rad magnetostrikcijskog pretvarača može se opisati korištenjem sljedećeg shematskog dijagrama. Ovaj dijagram objašnjava količinu deformacije koja nastaje od nulte do potpune magnetizacije. Ovo je podijeljeno na diskretne mehaničke i magnetske atribute koji su postavljeni u svom učinku na magnetsku indukciju i magnetostriktivno naprezanje jezgre.
U prvom slučaju, slika c pokazuje kada magnetsko polje nije primijenjeno na materijal, tada je promjena unutar duljine također jednaka nuli s proizvedenom magnetskom indukcijom. Jačina magnetskog polja (H) povećava se do svojih granica zasićenja (±Hsat). Ovo povećava aksijalno naprezanje na 'esat'. Osim toga, vrijednost magnetizacije će se povećati na vrijednost +Bsat prikazanu na slici-e ili smanjiti na –Bsat prikazanu na slici.
Kada je vrijednost 'Hs' na svojoj najvećoj točki, tada se može postići magnetska indukcija i najveće zasićenje naprezanjem. U ovom trenutku, ako pokušamo povećati vrijednost polja, to neće promijeniti vrijednost magnetizacije ili polje uređaja. Dakle, kada vrijednost polja dosegne zasićenje, tada će se vrijednosti naprezanja i magnetske indukcije povećati i pomaknuti od središnje figure prema van.
U drugom slučaju, kada se vrijednost 'Hs' drži fiksnom i ako povećamo količinu sile na magnetostrikcijski materijal, tada će tlak tlaka unutar materijala porasti na stražnju stranu sa smanjenjem vrijednosti aksijalnog naprezanja i aksijalne magnetizacije . Na slici-c nema dostupnih linija toka zbog nulte magnetizacije, dok na slici. b & slika. d ima linije magnetskog toka mnogo manje veličine na temelju poravnanja magnetske domene u magnetostrikcijskom pokretaču. Slika-a ima linije toka, ali će njihov tok biti u obrnutom smjeru.
Lik. f prikazuje linije toka na temelju primijenjenog polja 'Hs' i rasporeda magnetske domene. Ovdje se proizvedene linije toka mjere pomoću principa Hallovog efekta. Tako će ova vrijednost biti proporcionalna sili ili ulaznom naprezanju.
Vrste magnetostrikcijskih pretvarača
Postoje dvije vrste magnetostrikcijskih pretvarača; spontana magnetostrikcija i poljem inducirana magnetostrikcija.
Spontana magnetostrikcija
Spontana magnetostrikcija nastaje zbog magnetskog uređenja atomskih momenata pod Curiejevom temperaturom. Ova vrsta magnetostrikcije koristi se u slitini na bazi NiFe koja se naziva invar i pokazuje nulti toplinski porast do svoje curie temperature.
Magnetizacija zasićenja materijala smanjuje se zagrijavanjem do Curiejeve temperature zbog smanjenja količine rasporeda atomskih magnetskih momenata. Kada se ovaj raspored i magnetizacija zasićenja smanjuju, širenje volumena također se smanjuje kroz spontanu magnetostrikciju i skupljanje materijala.
U slučaju invara, ova kontrakcija zbog spontanog magnetostrikcijskog gubitka je ekvivalentna ekspanziji uzrokovanoj uobičajenim metodama toplinske vibracije i stoga će materijal pokazati da nema promjena unutar dimenzija. Ali iznad Curiejeve temperature obično dolazi do toplinskog širenja i više nema magnetskog reda.
Magnetostrikcija izazvana poljem
Magnetostrikcija inducirana poljem uglavnom se javlja zbog rasporeda magnetske domene na primijenjenom polju. Materijal Terfenol pokazuje najveću korisnu magnetostrikciju, što je mješavina Tb, Fe i Dy. Terfenol materijal se koristi za senzore položaja, senzore polja, mehaničke aktuatore i zvučnike.
Magnetostriktivni raspored (ili) senzori opterećenja jednostavno rade kroz činjenicu da kad god magnetostriktivni materijal doživi naprezanje, magnetizacija materijala će se promijeniti. Obično Terfenol aktuatori uključuju terfenol šipku koja je postavljena pod kompresijom kako bi se magnetske domene rasporedile okomito na duljinu šipke. Zavojnica se koristi oko Terfenol šipke, polje se primjenjuje na šipku kako bi se domene poredale po njezinoj duljini.
Razlika između magnetostrikcijskog i piezoelektričnog pretvornika
Razlika između magnetostrikcijskog i piezoelektričnog pretvarača uključuje sljedeće.
|
Magnetostrikcijski pretvarač |
Piezoelektrični pretvarač |
| Magnetostrikcijski pretvarač je uređaj koji se koristi za pretvaranje energije iz mehaničke u magnetsku energiju i obrnuto.
|
Piezoelektrični senzor je uređaj koji se koristi za mjerenje promjena unutar ubrzanja, tlaka, temperature, sile ili naprezanja pretvarajući ih u električni naboj. |
| Magnetostrikcijski pretvornik uključuje veliki broj ploča od nikla ili slojeva.
|
Piezoelektrični pretvarač uključuje jednostruki ili dvostruki debeli disk od piezoelektričnog keramičkog materijala obično PZT (olovni cirkonat titanat). |
| Koncept ovoga je promijeniti dimenziju ili oblik magnetskog materijala nakon magnetizacije. | Koncept ovoga je akumulacija električnog naboja primjenom mehaničkog pritiska. |
| Ovaj pretvornik je manje osjetljiv u usporedbi s piezoelektričnim pretvornikom zbog djelovanja zemljinog magnetskog polja. | Ovaj pretvarač je osjetljiviji. |
| Ovaj pretvarač koristi svojstvo magnetostriktivnog materijala. | Ovaj pretvarač koristi svojstvo piezoelektričnog materijala. |
| Uzorak poteza je eliptičan. | Uzorak poteza je linearan. |
| Frekvencijski raspon je od 20 do 40 kHz. | Frekvencijski raspon je od 29 do 50 kHz. |
| Aktivno područje vrha je 2,3 mm do 3,5 mm. | Aktivno područje vrha je 4,3 mm na temelju frekvencije. |
Kako odabrati magnetostrikcijski pretvarač?
Odabir magnetostrikcijskog pretvarača može se izvršiti na temelju dolje navedenih specifikacija.
- Ova sonda mora koristiti vrstu magnetskog materijala kako bi mogla komunicirati i vrlo točno mapirati udaljenosti.
- Sonda mora omogućiti mjerenja bez kontakta i trošenja.
- Njegov raspon mora biti od 50 do 2500 mm.
- Njegova najveća razlučivost trebala bi biti približno 2 µm.
- Maksimalna linearnost mora biti ±0,01 %.
- Brzina pomaka treba biti manja od 10 m/s.
- Analogni izlaz je 0 do 10 V, 4 do 20 mA.
- 24 VDC ±20 % Napon napajanja
- IP67 Klasa zaštite
- Radna temperatura mora biti u rasponu od -30..+75 °C.
Prednosti i nedostatci
The prednosti magnetostrikcijskog pretvarača uključuju sljedeće.
- Ovi pretvornici su pouzdani, ne zahtijevaju održavanje, značajno smanjuju mogućnost grešaka u radu i zastoja stroja
- Magnetostrikcijski pretvornici nemaju kontaktne dijelove, pa imaju duži vijek trajanja.
- Točniji su u usporedbi s sondama s fiksnim kontaktom.
- Imaju dobru osjetljivost, pregled dugog dometa, izdržljivost, jednostavnu implementaciju itd.
The nedostaci magnetostrikcijskog pretvarača uključuju sljedeće.
- Magnetostrikcijski pretvarači su skupi.
- Magnetostrikcijski pretvarač ima fizička ograničenja veličine, tako da je ograničen na rad na frekvencijama ispod 30 kHz otprilike.
Prijave
The primjene magnetostrikcijskog pretvarača uključuju sljedeće.
- Za mjerenje položaja koristi se magnetostrikcijski pretvarač.
- Ovaj pretvarač ima ključnu ulogu u pretvaranju mehaničke energije u magnetsku.
Prethodno se ovaj uređaj koristio u različitim aplikacijama koje uključuju mjerače zakretnog momenta, hidrofone, sonarne uređaje za skeniranje, telefonske prijemnike itd. - Trenutno se koristi za izradu različitih uređaja kao što su linearni motori velike snage, sustavi za kontrolu buke ili aktivne vibracije, medicinski i industrijski ultrazvuk, pozicioneri za adaptivnu optiku, pumpe itd.
- Ovi pretvornici uglavnom su razvijeni za izradu kirurških alata, kemijsku obradu, obradu materijala i podvodni sonar.
- Magnetostrikcijski pretvornici koriste se za mjerenje momenta koji razvijaju rotacijske osovine unutar pokretnih dijelova strojeva.
- Ova aplikacija sonde podijeljena je u dva načina; implicirajući Jouleov učinak, a drugi je Villarijev učinak. Kada se energija iz magnetske u mehaničku pretvori tada se koristi za proizvodnju sile u slučaju aktuatora i može se koristiti za otkrivanje magnetskog polja u slučaju senzora. Ako se energija iz mehaničke promijeni u magnetsku, tada se koristi za otkrivanje gibanja ili sile.
Dakle, ovo je pregled magnetostrikcijskog pretvarača. Ovaj pretvarač se također naziva magneto-elastični pretvarač. Ovi pretvornici imaju izuzetno visoku mehaničku ulaznu impedanciju i prikladni su za mjerenje velikih statičkih i dinamičkih sila, ubrzanja i tlaka. Imaju jake konstrukcijske značajke i kada se ovi pretvarači koriste kao aktivni pretvarači, izlazna impedancija bit će niska. Ovdje je pitanje za vas, što je Magnetostrikcija Fenomen?
